Modbus协议详解：从RS485到TCP/IP

"本文档详细介绍了Modbus协议，包括其在Modbus TCP、Modbus RTU和Modbus RS485中的应用。Modbus是一种应用层报文传输协议，最初于1979年推出，广泛应用于自动化设备间的客户机/服务器通信。它定义了功能码，用于规定服务。Modbus可以运行在以太网上的TCP/IP，异步串行传输以及MODBUSPLUS等网络上。此外，文档还涵盖了MODBUS通信栈的结构和相关缩略语。" Modbus协议是工业自动化领域广泛应用的一种通信协议，它定义了一种在不同设备之间进行数据交换的规则，特别是在客户机（通常为主站）和服务器（通常为从站）之间。该协议位于OSI模型的第7层，即应用层，它依赖于下层协议如TCP/IP或串行通信来传输数据。 1. Modbus TCP: 这是Modbus在以太网上的实现，利用TCP作为传输层协议，确保了数据的可靠传输。TCP/IP协议栈上的端口号502被预留用于Modbus通信。 2. Modbus RTU (Remote Terminal Unit): 适用于异步串行传输，如EIA/TIA-232、EIA-422和EIA/TIA-485-A标准。RTU模式下的Modbus不使用帧结束字符，而是通过计算数据校验和来检测错误。 3. Modbus RS485: 是Modbus RTU的一种具体实现，通常用于长距离和多设备通信，因为RS485接口支持多点通信，且具有更好的抗干扰能力。 协议的核心是功能码，每个功能码对应一个特定的操作，如读取输入寄存器、写单个线圈等。请求/应答PDU（协议数据单元）包含了这些功能码，以及地址、数据等信息。应用数据单元（ADU）则是在PDU基础上加上了帧头和帧尾，以适应不同的物理层传输需求。 Modbus通信模型通常包括主站（Master）和从站（Slave）。主站发起请求，从站响应。这种模式使得主站可以控制和监控从站设备，如PLC（可编程逻辑控制器）、HMI（人机界面）和I/O设备。 图2展示了Modbus通信的不同应用场景，包括以太网II/802.3物理层上的TCP/IP通信，以及通过EIA/TIA-232或EIA/TIA-485接口的串行通信。此外，还提到了MODBUSPLUS，这是一种高速令牌传递网络，专为Modbus设计。 在实际应用中，Modbus协议因其简单性和兼容性而受到青睐，广泛用于楼宇自动化、能源管理、工业生产等多个领域。然而，由于Modbus本身不包含认证和加密机制，所以在网络安全日益重要的今天，使用Modbus时需要额外的安全措施来保护网络不受攻击。 总结来说，Modbus协议是一种强大的通信工具，它允许不同设备间的简单、高效通信，尤其在工业自动化领域。了解和掌握Modbus协议对于理解和实施相关项目至关重要。